氣體動力循環(huán)

1、鍋鍋爐爐汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)給水泵給水泵凝汽器凝汽器1234山東萊動內(nèi)燃機(jī)有限公司山東萊動內(nèi)燃機(jī)有限公司L475 L480型柴油機(jī)型柴油機(jī) 活塞式汽車發(fā)活塞式汽車發(fā)動機(jī)構(gòu)造動機(jī)構(gòu)造火花塞火花塞 2-氣缸蓋氣缸蓋 3-出出水口水口 4-氣缸氣缸 5-活塞活塞 6-水套水套 7-水泵水泵 8-活塞銷活塞銷 9-進(jìn)水口進(jìn)水口 10-連桿連桿 11-飛輪飛輪 12-曲軸曲軸 13-機(jī)油管機(jī)油管 14-曲軸箱曲軸箱 15-機(jī)油泵機(jī)油泵 16-曲軸正時齒輪曲軸正時齒輪 17-凸輪凸輪正時齒輪正時齒輪 18-凸輪軸凸輪軸 19-排氣管排氣管20-進(jìn)氣管進(jìn)氣管 21-進(jìn)氣門進(jìn)氣門 22排氣門排氣門 23-

2、化油器化油器汽油機(jī)汽油機(jī)動力循環(huán)動力循環(huán)按工質(zhì)按工質(zhì)空氣為主的燃?xì)饪諝鉃橹鞯娜細(xì)獍窗蠢硐霘怏w理想氣體處理處理蒸汽動力循環(huán)蒸汽動力循環(huán)：外燃機(jī)：外燃機(jī)水蒸氣等水蒸氣等實(shí)際氣體實(shí)際氣體氣體動力循環(huán)氣體動力循環(huán)： 內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)， 燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)按結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)活塞式活塞式葉輪式葉輪式小型汽車，摩托小型汽車，摩托中、大型汽車，火車，輪船中、大型汽車，火車，輪船移動電站移動電站汽油機(jī)汽油機(jī)點(diǎn)燃式，壓燃式點(diǎn)燃式，壓燃式汽車，摩托，小型輪船汽車，摩托，小型輪船按燃料按燃料航空，大型輪船，移動電站航空，大型輪船，移動電站柴油機(jī)柴油機(jī)煤油機(jī)煤油機(jī)航空航空按點(diǎn)燃方式：按點(diǎn)燃方式：按沖程數(shù)：按沖程數(shù)：二沖程，四沖程

3、二沖程，四沖程活塞活塞10-110-1動力循環(huán)研究方法動力循環(huán)研究方法四沖程高速柴油機(jī)為例四沖程高速柴油機(jī)為例（混合加熱循環(huán)）（混合加熱循環(huán)）（壓燃式）（壓燃式）空氣、油空氣、油廢氣廢氣吸氣吸氣壓縮，壓縮，噴油燃燒噴油燃燒膨脹膨脹作功作功排氣排氣12301 吸空氣吸空氣pV一般一般n=1.341.37柴油自燃柴油自燃t=335p02012 多變壓縮多變壓縮p2=35MPat2=6008002 噴柴油噴柴油2 開始燃燒開始燃燒23 迅速燃燒，近似迅速燃燒，近似 Vp59MPa4534 邊噴油，邊膨脹邊噴油，邊膨脹123pVp0120t4可達(dá)可達(dá)170018004 停止噴柴油停止噴柴油45 多變膨

4、脹多變膨脹V近似近似 膨脹膨脹pp5=0.30.5MPat5 50051 開閥排氣，開閥排氣， 降壓降壓10 活塞推排氣活塞推排氣,完成循環(huán)完成循環(huán)實(shí)際動力循環(huán)非常復(fù)雜實(shí)際動力循環(huán)非常復(fù)雜不可逆不可逆，多變指數(shù)變化多變指數(shù)變化，燃燒燃燒等等 工程熱力學(xué)研究方法，先對實(shí)際動工程熱力學(xué)研究方法，先對實(shí)際動力循環(huán)進(jìn)行力循環(huán)進(jìn)行抽象抽象和和理想化理想化，形成各種理，形成各種理想循環(huán)進(jìn)行分析，最后進(jìn)行想循環(huán)進(jìn)行分析，最后進(jìn)行修正修正。四沖程高速柴油機(jī)四沖程高速柴油機(jī)（混合加熱循環(huán)）（混合加熱循環(huán)）（壓燃式）（壓燃式）123451. 工質(zhì)工質(zhì)pVp0120工質(zhì)數(shù)量不變工質(zhì)數(shù)量不變定比熱理想氣體定比熱理想氣

5、體(空氣空氣)P-V圖圖p-v圖圖2. 0-1和和1 -0抵消抵消開口開口閉口循環(huán)閉口循環(huán)3.排氣排氣向向外界放熱外界放熱(定容定容)4.燃燒燃燒外界加熱外界加熱5. 多變多變絕絕熱熱6. 不可逆不可逆可逆可逆1235pp0120一、一、混合加熱混合加熱理想循環(huán)（薩巴德循環(huán)）理想循環(huán)（薩巴德循環(huán)）12345pv（高速柴油機(jī)）（高速柴油機(jī)）1234512345pvTs12345Ts吸熱量吸熱量1v32p43qcTTcTT放熱量放熱量(取絕對值）取絕對值）2v51qcTT熱效率熱效率12t11wqqqq5121324311TTqqTTk TT wq12345pv1234pv柴油機(jī)，壓燃式柴油機(jī)，壓

6、燃式汽油機(jī)，點(diǎn)燃式汽油機(jī)，點(diǎn)燃式12341234pvTs1234Ts吸熱量吸熱量1v32qcTT放熱量放熱量(取絕對值）取絕對值）2v41qcTT熱效率熱效率12241t1113211wqqqTTqqqTT 1234Ts熱效率熱效率41t321TTTT 411322111TTTTTT 1321124kTTvTvT11212111kTTvv 111k 12345pv1234pv柴油機(jī)，壓燃式柴油機(jī)，壓燃式高增壓低速柴油機(jī)高增壓低速柴油機(jī)壓燃式壓燃式1234pv1234Ts1234Ts吸熱量吸熱量1p32qcTT放熱量放熱量(取絕對值）取絕對值）2v41qcTT熱效率熱效率122t1111wqqq

7、qqq 12345pv壓縮比壓縮比12vv定容增壓比定容增壓比32pp定壓預(yù)脹比定壓預(yù)脹比43vv反映反映氣缸氣缸容積容積反映反映供油供油規(guī)律規(guī)律12345Ts熱效率熱效率51t32431TTTTk TT 1112112kkvTTTv12vv133212kpTTTp 32pp144313kvTTTv 43vv12345Ts熱效率熱效率51t32431TTTTk TT 154541151kkpvTTTTvp t11111kkk t1.4k 1.3k 1.2k 1、當(dāng)當(dāng) 、 不變不變t受氣缸材料限制受氣缸材料限制 一般柴油機(jī)一般柴油機(jī)1421kt11111kkk 潛艇用氦氣，潛艇用氦氣，k=1.6

8、62、當(dāng)當(dāng) 不變不變ttt11.523t11111kkk 注意：注意：圖示的研究方法圖示的研究方法不必記憶不必記憶 的復(fù)雜式的復(fù)雜式t12345pvt11111kkk 1t111k tk汽油易爆燃汽油易爆燃一般汽油機(jī)一般汽油機(jī)510一般柴油機(jī)效率高于汽油機(jī)的效率一般柴油機(jī)效率高于汽油機(jī)的效率但汽油機(jī)小巧但汽油機(jī)小巧1421柴油機(jī)熱效率熱效率t111(1)kkk t1.522.5當(dāng)當(dāng) 不變不變t當(dāng)當(dāng) 不變不變t已被淘汰已被淘汰比較的條件比較的條件壓縮比壓縮比吸熱量吸熱量1q反映氣缸結(jié)構(gòu)尺寸、工藝材料反映氣缸結(jié)構(gòu)尺寸、工藝材料反映作功量（馬力）反映作功量（馬力）最高壓力最高壓力maxp反映材料耐壓

9、、壁厚、成本反映材料耐壓、壁厚、成本最高溫度最高溫度maxT反映材料耐溫反映材料耐溫比較的對象：比較的對象：混合加熱，定容加熱，定壓加熱混合加熱，定容加熱，定壓加熱Ts2t11qq tvtmtp2v2m2pqqq平均溫度法平均溫度法3m4m123v4v3p4pTs211tqq 1p1m1vqqq2q相等相等12v342mtptmtv2p3p4mTs211tqq 2p2m2vqqq2ptptmtv3m12v4v3v4p2m？ 和和 相同，圖示相同，圖示 大小大小maxT1qtptmtv,用途：用途： 航空發(fā)動機(jī)航空發(fā)動機(jī) 尖峰電站尖峰電站 移動電站移動電站 大型輪船大型輪船理想化：理想化：123

10、4壓氣機(jī)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃料燃料1）工質(zhì)：數(shù)量不變，定比熱工質(zhì)：數(shù)量不變，定比熱理想氣體理想氣體2）閉口閉口 循環(huán)循環(huán)3）可逆過程可逆過程燃燒室燃燒室pvTs12341234Ts1234吸熱量：吸熱量：1p32qcTT放熱量：放熱量：2p41qcTT熱效率：熱效率：12241t1113211wqqqTTqqqTT Ts1234熱效率：熱效率：41t321TTTT 411322111TTTTTT 112221111111kkTTTpTp 1133224411kkkkTppTTppT1t,C31TT 熱效率表達(dá)式似乎與卡諾循環(huán)一樣熱效率表達(dá)式似乎與卡諾循環(huán)一樣Ts1234熱效率：熱效率：t1

11、2111kkpp 定義：定義：循環(huán)增壓循環(huán)增壓比比21pp111kk tktTs1234定義：定義： 循環(huán)增溫比循環(huán)增溫比31TT324134211111pppwcTTcTTTTTc TTTT凈1111kkkkpc TTs123431TT1111kkkkpwc T凈34當(dāng)當(dāng) 不變不變不變不變w凈但但T3 受材料耐熱限制受材料耐熱限制111tkk Ts31TT1111kkkkpwc T凈當(dāng)當(dāng) 不變不變太大太大w凈3T太小太小ttw凈存在最佳存在最佳 ，使，使 最大最大w凈111tkk 1TTs1111kkkkpwc T凈令令opt3T2(1)opt()kkw凈1T0w凈最大循環(huán)凈功最大循環(huán)凈功2

12、11optpwc TTs1234壓氣機(jī)：壓氣機(jī)：不可逆不可逆絕熱壓縮絕熱壓縮燃?xì)廨啓C(jī)：燃?xì)廨啓C(jī)：不可逆不可逆絕熱膨脹絕熱膨脹2421c12hhhh定義：定義：壓氣機(jī)絕熱效率壓氣機(jī)絕熱效率燃?xì)廨啓C(jī)相對內(nèi)效率燃?xì)廨啓C(jī)相對內(nèi)效率34oi34hhhhTs123424314221oi34cwhhhhhhhh凈凈功凈功吸熱量吸熱量2113312chhqhhhh21kkoptoicw 凈Ts1234241111111oikckkckwq凈t熱效率熱效率1111111oikckkckwq凈toict一定，一定，t一定，有最佳一定，有最佳 optt optt右移右移 opttoptw凈optw凈地面上，尺寸次要

13、，省燃料，取地面上，尺寸次要，省燃料，取 optt空中，尺寸重要，取空中，尺寸重要，取optw凈提高提高t受材料耐熱限制受材料耐熱限制取最佳取最佳 optt有無其有無其它途徑它途徑2若使若使T4T4 在在500oC以上以上134Ts4p不可能不可能如果如果T4T2預(yù)熱空氣，預(yù)熱空氣，回?zé)峄責(zé)嵋?、一、回?zé)峄責(zé)?234壓氣機(jī)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒室回?zé)崞骰責(zé)崞?R2A2134Ts4R2R2A理想回?zé)幔豪硐牖責(zé)幔簩?shí)際回?zé)釋?shí)際回?zé)?定義：定義：回?zé)岫然責(zé)岫?222ARhhhh一般取一般取0.60.9tt1wq凈回簡2R 4R2A1234燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒室間冷器間冷器5壓氣機(jī)壓氣機(jī)6

14、22134Ts265ABt1wq凈間12341和和62256聯(lián)合工作聯(lián)合工作tt間簡ww間簡ABt1A1Bwwqq凈凈間？結(jié)論：結(jié)論：ABtA1AtB1Bt1A1B1A1B1A1BtAtB1A1B1A1Bwwqqqqqqqqqqqq凈凈間當(dāng)當(dāng)tAtBtAtBt間tAtBtAtBt間tAtBtAtBt間134燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒室間冷器間冷器5壓氣機(jī)壓氣機(jī)62回?zé)崞骰責(zé)崞?R2R2134Ts265tt1wq凈間+回簡4R2Rtt1wq凈間+回回ttt間+回回簡www間+回回簡結(jié)論：結(jié)論：1234壓氣機(jī)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒室1燃燒室燃燒室235213Ts344tt再簡ww再簡5結(jié)

15、論：結(jié)論：1234壓氣機(jī)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒室2回?zé)崞骰責(zé)崞魅紵胰紵?4R2R53213Ts344結(jié)論：結(jié)論：54R2R2t+t11qq 再 回回ww再+回回2qq2回再+回ttt再+回回簡www再+回回簡1234壓氣機(jī)壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒室2回?zé)崞骰責(zé)崞鏖g冷器間冷器燃燒室燃燒室12R4R結(jié)論：結(jié)論：3Ts214tt+1wq凈再+間+回再 回tttt再+間回再+回回簡wwww再+間回再+回回簡+ww再+間+回再 回2R4R2134Ts兩個等溫過程兩個等溫過程兩個等壓過程兩個等壓過程+回?zé)峄責(zé)岣爬ㄐ钥ㄖZ循環(huán)概括性卡諾循環(huán)級數(shù)越多，越復(fù)雜，造價越高，一般級數(shù)越多，越復(fù)雜

16、，造價越高，一般23級級燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)：燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)：理想循環(huán)和實(shí)際循環(huán)的計(jì)算理想循環(huán)和實(shí)際循環(huán)的計(jì)算 和比較和比較活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)：活塞式內(nèi)燃機(jī)循環(huán)：( 特點(diǎn)、計(jì)算、比較特點(diǎn)、計(jì)算、比較 )提高熱效率的手段：提高熱效率的手段：回?zé)峄責(zé)?間冷間冷+回?zé)峄責(zé)?再熱再熱+回?zé)峄責(zé)?、為了提高效率，燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣能否再繼續(xù)為了提高效率，燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣能否再繼續(xù)膨脹作功，能否廢氣不放熱再壓縮再膨脹作功膨脹作功，能否廢氣不放熱再壓縮再膨脹作功不能使不能使0pp可逆時，可逆時，tucww不可逆時，不可逆時，tucwwp0pv12342、回?zé)崞髂芊裱b在壓氣機(jī)前回?zé)崞髂芊裱b在壓氣機(jī)前t簡Ts1234w凈123、能否先加熱，后壓縮能否先加熱，后壓縮Ts0w凈動力循環(huán)的一般規(guī)律動力循環(huán)的一般